【導(dǎo)讀】伴隨著科學(xué)技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展。于工業(yè)農(nóng)業(yè)，提高生產(chǎn)效率。學(xué)科多領(lǐng)域，是國(guó)際上的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。本課題設(shè)計(jì)的基于AT89S52溫度濕度。采集進(jìn)行自動(dòng)控制，從而達(dá)到精確控制，減少人力，增加工業(yè)化程度。和實(shí)現(xiàn)方法，具體分析了各部分電路的設(shè)計(jì)原理，詳細(xì)介紹了各部分的設(shè)計(jì)過(guò)程。分三個(gè)部分組成。溫度采集部分利用ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8. 入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于現(xiàn)在市場(chǎng)上的溫度感控系統(tǒng)大部分是由溫度高低來(lái)。調(diào)節(jié)控制，很少有根據(jù)時(shí)間控制調(diào)節(jié)控制的。也就是可以設(shè)置系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)工作，這樣增加了系統(tǒng)的安全性。

　　

【正文】 報(bào)警搜索（ BCH） 搜索報(bào)警的 DB18B20 DSl8B20 與系統(tǒng)硬件接口 DSl8B20 的優(yōu)點(diǎn)在多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中可以更好地體現(xiàn)出來(lái)， DSl8B20 的管 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 腳只有 3 根，即電源、地、數(shù)據(jù)線，多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，一條數(shù)據(jù)線實(shí)際上最多只能接 8 個(gè) DSl8B20，如果實(shí)際應(yīng)用中 8 個(gè)數(shù)字傳感器還不能滿足用戶的要求的話，可以再增加使用單片機(jī)的其他數(shù)據(jù)線。通常在總線上接一個(gè)上拉電阻，這樣，當(dāng)總線空閑時(shí)，其 狀態(tài)為高電平。 溫度數(shù)據(jù)采集模塊接口電路 如圖 32 所示 DS18B20 只需要接到控制器（單片機(jī)）的一個(gè) I/O 口上，由于單總線為開漏所以需要 外接一個(gè) 的上拉電阻。如要采用寄生工作方式，只要將 VDD 電源引腳與單總線并聯(lián)即可。但在程序設(shè)計(jì)中，寄生工作方式將會(huì)對(duì)總線的狀態(tài)有一些特殊的要求。 圖 32 硬件連接 濕度數(shù)據(jù)采集模塊 SHT11 濕度傳感器的感濕原理 SHT11 傳感器默認(rèn)的測(cè)量溫度和相對(duì)濕度的分辨率分別為 14 位、 12 位 ,通過(guò)狀態(tài)寄存器可降至 12 位、 8 位。濕度測(cè)量范圍是 0～ 100 %RH,對(duì)于 12 位 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 的分辨率為 %RH；測(cè)溫范圍為 40～ +℃，對(duì)于 14 位的分辨率為 ℃。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在 OTP 內(nèi)存中，在測(cè)量過(guò)程中可對(duì)相對(duì)濕度自動(dòng)校準(zhǔn)，使 SHT11 具有 100%的互換性。其測(cè)量過(guò)程如下 : 首先利用 2 只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào)；然后經(jīng)過(guò)放大，分別送至 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)；再通過(guò)二線串行接口將相對(duì)濕度 及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器；最后利用微控器完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。 SHT11 濕度傳感器采用的是平板電容器結(jié)構(gòu)，在絕緣基片上用平面工藝分別形成上電極、介質(zhì)層和下電極。介質(zhì)層由被測(cè)物組成，其介電常數(shù)隨其相對(duì)濕度呈線性關(guān)系，即 xokv???? 4 4 4xox t kvtD K e K e K e??? ? ?? ? ? （ 31） 式中 x? —— 材料在不同相對(duì)濕度下的介電常數(shù)； o? —— 0%RH 介電常數(shù)； k—— 常數(shù)； v—— 相對(duì)濕度； Dx —— 元件在不同相對(duì)濕度時(shí)的電容量； t—— 電容極板面積； e—— 介質(zhì)層厚度； K— 靜電力常量。 對(duì)于一個(gè)固定的元件 ,可以設(shè)： 1244ot KtkkK e K e????? （ 32） 則 12xD k k v?? 由上式可以看出， Cx 與 v 呈線性關(guān)系，從而由傳感器電容量的大小即可決定環(huán)境中的相對(duì)濕度 [15] 。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 硬件設(shè)計(jì) 溫濕度傳感器芯片 SHT11 采用二線串行數(shù)字接口與 89C51 單片機(jī)進(jìn)行通信，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。根據(jù)芯片通信協(xié)議，軟件采用 C 語(yǔ)言編寫，通過(guò)簡(jiǎn)單的控制協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) SHT11 濕度數(shù)據(jù)采集工作 [16]。 SHT11 通過(guò)二線數(shù)字串行接口來(lái)訪問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。需要注意的地方是： DATA 數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時(shí)鐘線 SCK 用于微處理器和 SHT11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對(duì) SCK 最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于 時(shí)， SCK 頻率最高為 ，而當(dāng)工作電壓低于 V 時(shí)， SCK 最高頻率則為 1 MHz。硬件連接如圖 210 所示。 圖 33 硬件連接 數(shù)據(jù)處理模塊方案設(shè)計(jì) 芯片介紹 At89s52 是一種低功耗、高性能 CMOS 工藝（低功耗） 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM，32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 [17] AT89S52 引腳功能 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P P P3 口為準(zhǔn)雙向口，在內(nèi)部差別不大，但使用功能有所不同。 P1 口用戶專用 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有通用的輸入 /輸出功能，每一位都能獨(dú)立地設(shè)定為輸入或輸出。當(dāng)由輸出方式變?yōu)檩斎敕绞綍r(shí)，該位的鎖存器必須寫入“ 1”，然后才能進(jìn)入輸入 操作。 P2 口 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。外設(shè) I/O 設(shè)備時(shí)，可作為擴(kuò)張系統(tǒng)的地址總線，輸出高 8 位地址，與 P0 口一起組成 16 位地址總線。 P3 口作為通用 I/O 口與 P1 口類似 ——準(zhǔn)雙口， P3 口引腳有第二功能，具體定義如下 RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 表 32 單片機(jī)的輸出口的特殊定義 RXD 串行口輸出 TXD 串行口輸入 INT0 外部中斷 0 輸入 INT1 外部中斷 1 輸入 T0 定時(shí)器 0 外部輸入 T1 定時(shí)器 1 外部輸入 WR 外部寫控制 RD 外部讀控制 ALE/PROG——當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN——程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP——外部訪問(wèn)允 許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 89C51 單片機(jī)內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器部件、 寄存器及震蕩電路等組成。存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器由一個(gè)個(gè)單元組成，每個(gè)單元可以一個(gè)編號(hào)（稱地址），一個(gè)單元存放一個(gè) 8 位的二進(jìn)制（即一個(gè)字節(jié)），當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)多 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 于 8 位時(shí)就需要多個(gè)單元來(lái)存放。微機(jī)的存儲(chǔ)器地址空間有兩種結(jié)構(gòu)形式，普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)： 普林斯頓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，微機(jī)只有一個(gè)地址空間， ROM 和 RAM 被安排在這一地址空間的不同區(qū)域，一個(gè)地址對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)存儲(chǔ)器單元， CPU 訪問(wèn) ROM 和 RAM 使用的是相同的訪問(wèn)指令。 808奔騰等微機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。 哈佛結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是微機(jī)的 ROM 和 RAM 被安排在兩個(gè)不同的地址空間，ROM 和 RAM 可以有相同的地址， CPU 訪問(wèn) ROM 和訪問(wèn) RAM 使用的是相同的訪問(wèn)指令。 程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放編好的始終保留的固定程序和表格、常數(shù)。程序存儲(chǔ)器 以程序計(jì)數(shù)器 PC 作為地址指針，通過(guò) 16 位地址總線，可尋址 64KB 的地址空間。在 8051/8751/89C51/89S51 片內(nèi)，分別有最低地址空間為 4KB 的ROM/EPROM/EEPROM 程序存儲(chǔ)器；而 8031/8032 片內(nèi)，無(wú)內(nèi)部 ROM，必須外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 EPROM 8**51 單片機(jī)具有擴(kuò)展 64KB 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和 I/O 端口的能力，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部 I/O 端口實(shí)行統(tǒng)一編址，并使用相同的控制信號(hào)、相同的訪問(wèn)指令 MOVX，以及相同的寄存器間接尋址方式。由于本系統(tǒng)規(guī)模不大，沒有涉及擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以這里不做詳細(xì)介紹。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是使用最多的地址空間，所有的操作指令的操作數(shù)只能在此 地址空間或特殊功能寄存器中。 在基本型 51 子系列單片機(jī)中，只有 128 字節(jié) RAM，地址為 00H7FH，它和 SFR 的地址空間是連續(xù)的；而在增強(qiáng)型 52 子 系列單片機(jī)中，共有 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，地址范圍為 00HFFH,高 128 字節(jié) RAM 和 SFR 的地址是重合的，究竟訪問(wèn)哪一塊地址，是通過(guò)不同的尋址方式加一區(qū)分的。訪問(wèn)高 128 字節(jié) RAM 采用寄存器間接尋址；訪問(wèn) SFR 則只能采用直接尋址；訪問(wèn)低 128 字節(jié) RAM 時(shí)兩種尋址方式均可采用 [18]。 特殊功能寄存器（ SFR）的地址范圍為 80H～ FFH。在 MCS－ 51 中，除程序計(jì)數(shù)器 PC 和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余 21 個(gè)特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。其中 5 個(gè)是雙字 節(jié)寄存器，它們共占用了 26 個(gè)字節(jié)。這些特殊功能寄存 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是 P0～ P3，它們實(shí)際上是 4 個(gè)八位鎖存器（每個(gè) I/O 口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。 MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個(gè)這樣的并行口，可提供 32 根 I/O 線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。本文涉及到的特殊功能寄存器有 PTOMD、 IE、 SCON、 SBUF。它們之中除 SBUF 外，都可以位尋址 。 P1 口作為通用 I/O 口使用，在電路結(jié)構(gòu)輸出驅(qū)動(dòng)部分接有上拉電阻。本系統(tǒng)用到 口，上拉電阻為 歐姆。 TMOD 為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0、 1 方式控制寄存器。 TMOD=0x20，使用定時(shí)器 1，工作在方式 2，方式 2 是 8 位的可自動(dòng)重裝載的定時(shí) /計(jì)數(shù)器方式，最大計(jì)數(shù)值 256 其控制命令格式如圖 。 圖 33 TMOD 控制寄存器命令格式 GATA C/T M1 M0 GATA C/T M1 M0 低四 位為 T0 定時(shí)器工作方式，高四位為 T1 定時(shí)器工作方式。作用如下 : M1/M0 為工作方式選擇位。 C/T 為定時(shí)、計(jì)數(shù)選擇。 GATE 為門控位。本設(shè)計(jì)在串口初始化時(shí)將 TMOD 設(shè)置為 0x20,表示 T1 為工作方式 2。（ 8 位自動(dòng)裝入初值） IE 為中斷允許控制寄存器。其控制命令格式如圖 34。 圖 34 IE 控制寄